Tuesday, August 30, 2016

連杆機構 - Plantigrade Machine

在眾多的機械構造當中,連杆機構(Linkage mechanism)真是千變萬化,博大精深。在翻查資料時十九世紀(18xx年)已經存在了各式各樣的連杆機構。其中一個很有趣的設計叫 Plantigrade Machine,就像四隻腳在走動似的。那個年代還沒有電池推動的馬達,所以這機構是不會自己走動的。可是光看着連杆在運動的樣子已經够「頂癮」了:

http://en.tcheb.ru/1
(注意:用IE11瀏覽器看那動畫有時是看不到,用Chrome就沒問題。)

設計這東西的人叫Tchebyshev,是俄國數學家。其實Plantigrade Machine (1878年) 的原理是基於他設計的Lambda Mechanism:
By Van helsing (Own work) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons
這是一種叫「平面四杆」的機構(4 bar linkage),四杆在那裡呢?
- 深藍色,長度=A
- 紅色,長度=2.5A + 2.5A
- 藍色,長度=2.5A
- 還有那深藍色跟藍色之間是固定的,長度=2A

只要使到深藍色杆在迴轉,紅色杆的末端就會按那虛線運動,即是走一段直線,然後快速回到起點。如果以上的長度(那些A, 2A, 2.5A)改變了,末端的運動路徑就不一樣了。

哇!到底Tchebyshev花了多長時間才想出這東西呢?真是沒法知道。

那些年我猜想機械加工必定很昂貴,精度可能還可以的(不然那些百多年歷史的鐘錶就沒法造出來了)。如果拿着幾條木把它釘起來就可造出一些運動真不錯啊!

我當然想起Lego Technic 那些Beam,用來裝一套Plantigrade Machine 應該不難吧。下回再詳細講解。

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